特种陶瓷 整理版

绪论

1名词解释

特种陶瓷：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计，具有优异特性的陶瓷。

结构陶瓷：具有高硬、高强、耐磨、耐蚀、耐高温、润滑性好等性能，可用作机械结构零部件的陶瓷材料。

功能陶瓷：具有声、光、电、热、磁特性和化学、生物功能的陶瓷材料。

2简述特种陶瓷和传统陶瓷的区别

①原材料不同。传统陶瓷以天然矿物，如粘土、石英和长石等不加处理直接使用；而现代陶瓷则使用经人工合成的高质量粉体作起始材料，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界线，代之以“高度精选的原料”。

②结构不同。传统陶瓷的组成由粘土的组成决定，不同产地的陶瓷有不同的质地，所以由于原料的不同导致传统陶瓷材料中化学和相组成的复杂多样、杂质成分和杂质相较多而不易控制，显微结构粗劣而不够均匀，多气孔；先进陶瓷的化学和相组成较简单明晰，纯度高，即使是复相材料，也是人为调控设计添加的，所以先进陶瓷材料的显微结构一般均匀而细密。

③制备工艺不同。传统陶瓷用的矿物经混合可直接用于湿法成型，如泥料的塑性成型和浆料的注浆成型，材料的烧结温度较低，一般为900℃-1400℃，烧成后一般不需加工；而先进陶瓷一般用高纯度粉体添加有机添加剂才能适合于干法或湿法成型，材料的烧结温度较高，根据材料不同从1200℃到2200℃，烧成后一般尚需加工。在制备工艺上突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用诸如真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等先进手段。

④性能不同。由于以上各点的不同，导致传统陶瓷和先进陶瓷材料性能的极大差异，不仅后者在性能上远优于前者，而且特种陶瓷材料还发掘出传统陶瓷材料所没有的性能和用途。传统陶瓷材料一般限于日用和建筑使用，而特种陶瓷具有优良的物理力学性能，高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震，而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能，某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料。因而登上新材料革命的主角地位，在工业领域，如石油、化工、钢铁、电子、纺织和汽车等行业，以及很多尖端技术领域如航天、核工业和军事工业中有着广泛的应用价值和潜力。

3特种陶瓷的分类方法和怎样进行分类

特种陶瓷材料根据所需的特性不同，可作为机械材料、耐热材料、化学材料、光学材料、电气材料和生物医学材料，在不同的领域得到广泛的应用。根据性能及用途的不同，特种陶瓷可分为结构材料用陶瓷(主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料)和功能陶瓷(包括电磁功能、光电功能和生物—化学功能等陶瓷制品和材料，另外还有核陶瓷材料和其他功能材料等)两大类。特种陶瓷材料按化学组成可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷等。此外，为了改善陶瓷的性能，有时要在陶瓷基体中添加各种纤维、晶须、超细微粒等，这样就构成了多种陶瓷基复合材料。

4特种陶瓷韧化主要途径有哪些

①氧化锆相变增韧，②微裂纹增韧；③纤维(晶须)补强增韧；④颗粒弥散补强增韧；⑤纳米陶瓷增强增韧。

①氧化锆相变增韧

把相变作为陶瓷增韧的手段并取得显著效果是从部分稳定氧化锆提高抗热震性的研究开始的。下面以氧化锆为例,简单说明这一问题。从相图可知，纯氧化锆在1000℃附近有固相转变，从高温正方氧化锆变为低温单斜氧化锆。由于相变需消耗大量功，因此使裂纹尖端应力松弛，故阻碍裂纹的进一步扩展,材料得到韧化。

②微裂纹增韧

在裂纹扩展中，弥散于陶瓷基体中的韧性相起着附加的能量吸收作用，从而使裂纹尖端区域高度集中的应力得以部分消除，抑制了原先可能到达的临界状态，提高了材料对裂纹扩展的抗力，相应改善了材料的韧性。

③纤维(晶须)补强增韧

高强度和高模量的纤维既能为基体分担大部分外加应力，又可阻碍裂纹的扩展，并能在局部纤维发生断裂时以“拔出功”的形式消耗部分能量,起到提高断裂能并克服脆性的效果。

④颗粒弥散补强增韧

用颗粒作为增韧剂制作颗粒增韧陶瓷基复合材料，其原料混合均匀化及烧结致密化都比纤维和晶须复合材料简便易行。因此，尽管颗粒的增韧效果不如晶须和纤维，但如晶粒种类、粒径、含量及基体材料选择得当仍有一定韧化效果，同时会带来高温强度、高温蠕变性能的改善。

5特种陶瓷主要研究内容和任务

特种陶瓷材料的研究，主要是探求和了解材料的组成、结构与性能之间的关系。

特种陶瓷的研究任务

（1）研究现有材料的性能及改变它的途径；

（2）发掘材料新的性能；

（3）探索和发展新的材料；

（4）研究制备材料的最佳工艺；

（5）对烧后的制品进行的冷加工技术。

6特种陶瓷的发展趋势

(1) 气相凝集法制备纳米粉体将成为先进陶瓷粉体研究发展的重点

(2) 快速原型制造技术(RPM)和胶态成型将向传统成型技术挑战

(3) 微波烧结和放电等离子烧结(SPS)是获得纳米块状陶瓷材料的有效烧结方法

(4) 纳米材料的应用将为先进陶瓷材料带来新的活力

第一章特种陶瓷粉体的性能表征制备及其设备

1名词解释

粉体颗粒：指在物质的本质结构不发生改变的情况下，分散或细化而得到的固态基本颗粒。

团聚体：由一次颗粒通过表面力吸引或化学键键合形成的颗粒，它是很多一次颗粒的集合体。

胶粒：即胶体颗粒。胶粒尺寸小于100nm，并可在液相中形成稳定胶体而无沉降现象。

2了解常用的表征颗粒尺寸大小的等体积球相当径、等面积球相当径、斯托克斯径、马丁径、费莱特径

等体积球相当径是说某颗粒所具有的体积用同样体积的球来与之相当，这种球的直径，就代表该颗粒的大小即等体积相当径。例如：某边长为1的正方体，其体积等于直径为1．24的圆球体积，那么，该正方体颗粒的等体积球相当径就为1．24。由于这种方法局限于颗粒体积可求的条件，因此，适用范围不太广。但由于它直接与颗粒的质量对应，所以又很有用处。

等面积球相当径是用与实际颗粒有相同表面积的球的直径来表示粒度的一种方法。显然，当颗粒形状简单或者比较规则时，表面积容易求得。然而，实际颗粒的形状都较复杂，不易直接求得。但在实际应用中，一般都是通过流体透过法或吸附法等间接方法得到。这种方法比较实用。

等沉降速度相当径也称为斯托克斯径。斯托克斯假设：当速度达到极限值时，在无限大范围的粘性流体中沉降的球体颗粒的阻力，完全由流体的粘滞力所致。

马丁径也称定向径，是最简单的粒径表示法。它是指颗粒影象的对开线长度。该对开线可以在任何方向上画出，只要对所有颗粒来说，保持同一方向。

费莱特径是指颗粒影象的二对边切线(相互平行)之间的距离。但只要选定一个方向之后，任意颗粒影象的切线都必须与该方向平行。以上两种表示法都是以各颗粒按随机分布为条件的。

3什么是粒度分布，常用的粒度分布方式有哪些

粉体通常由不同尺寸的颗粒组成，即颗粒分布，可分为频率分布和积累分布。

颗粒分布常见的表达形式有粒度分布曲线、平均粒径、标准偏差、分布宽度等。

粒度分布是表征多分散体系中颗粒大小不均一程度的物理量。粒度分布范围越窄，我们就说分布的分散程度越小，其集中度越高。

4试述特种陶瓷粉体的特征

(1)化学组成精确。

(2)化学组成均匀性好。

(3)纯度高。

(4)适当小的颗粒尺寸。